Recycelbare Tinte
Etwa 70 Prozent einer neuen 3D-Druck-Tinte bestehen aus Lignin – einem Abfallprodukt der Papierherstellung. Das könnte den 3D-Druck nachhaltiger machen. Denn die Tinte lässt sich vollständig mit Wasser recyceln.
3D-Druck mit recycelbarer Tinte
Die additive Fertigung gilt als eine der Schlüsseltechnologien der Industrie 4.0 – doch die verwendeten Materialien basieren überwiegend auf fossilen Rohstoffen. Die meisten Tinten und Filamente für den 3D-Druck basieren auf Polymeren aus Erdöl, die weder recycelbar noch biologisch abbaubar sind. Doch inzwischen gilt Lignin, ein Biopolymer aus der Zellwand verholzter Pflanzen, als vielversprechender Ersatzstoff.
Bisherige Versuche, Lignin für den 3D-Druck zu nutzen, hatten jedoch einen entscheidenden Nachteil: Die Tinten mussten bei hohen Temperaturen verarbeitet oder durch irreversible chemische Prozesse gehärtet werden. Dadurch ließen sich die gedruckten Objekte anschließend nicht wiederverwerten.
Die am Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit in Teltow entwickelte Tinte umgeht dieses Problem. Sie besteht zu etwa 70 Prozent aus Lignin, das bei der Papierherstellung anfällt oder direkt aus Biomasse gewonnen wird. Während des Druckvorgangs fließt die Tinte leicht durch die Düsen und gewinnt im Ruhezustand schnell wieder an Festigkeit – ohne dass eine chemische oder thermische Nachbehandlung erforderlich wäre.
Die gedruckten Objekte weisen laut den Forschenden eine hohe Auflösung auf und behalten ihre Formstabilität bei Temperaturen von bis zu 200 °C. „Wir wollten zeigen, dass auch Abfallmaterialien wie Lignin den technischen Anforderungen des modernen 3D-Drucks gerecht werden und zugleich die Nachhaltigkeit verbessern“, erklärt Maria Balk, eine der Hauptautorinnen der Studie. „Zu diesem Zweck haben wir ein industrielles Abfallprodukt in eine 3D-Drucktinte umgewandelt, die sich durch einfaches Zugeben von Wasser vollständig recyceln lässt.“
„Eine der spannendsten Erkenntnisse ist, dass die gedruckten Objekte mehrfach durch Zugabe von Wasser recycelt werden können, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren“, erklärt Balk. „Dies ist in der additiven Fertigung bislang selten und eröffnet neue Perspektiven für eine kreislauforientierte Produktion. So lassen sich die CO2-Emissionen deutlich reduzieren.“
Die meisten herkömmlichen Druckmaterialien sind auf Einmalnutzung ausgelegt oder verlieren bei der Wiederverwertung ihre mechanischen Eigenschaften. Dass ein ligninbasiertes Material mehrere Recyclingzyklen ohne Qualitätseinbußen durchläuft, markiert nach Einschätzung der Forschenden einen relevanten Fortschritt auf dem Weg zu einer kreislauforientierten Fertigung.
Die Tinte soll nun weiter optimiert und getestet werden, um eine Markteinführung zu ermöglichen. „Wir wollen den Prozess weiter skalieren und Anwendungsfelder untersuchen – besonders in Bereichen, in denen energiearme Verarbeitung und Recycelbarkeit bedeutsam sind“, sagt Balk.
